一种人体上消化道体外模拟系统

本技术属于人体消化道模拟，尤其涉及一种人体上消化道体外模拟系统。

背景技术：

1、随着食品科学等行业的不断发展，由于成本低、操作简单等优点，体外模拟消化系统被广泛应用在食品工业方面，例如益生菌、益生元、生物活性肽、脂肪酶抑制剂、脂肪和胆固醇的粘合剂、抗氧化剂的开发和对潜在的食物过敏原、重金属等有毒化合物以及转基因产品的稳定性进行安全性分析上将发挥巨大优势。体外肠道模型可以潜在地解决动物模型的实验伦理问题。此外，体外模型比动物模型更容易让研究人员使用，细胞培养所需的设施和设备更少，而且因为系统的标准化易获得可靠的实验数据。

2、体外模拟消化系统分为动态模拟消化和静态模拟消化。其中，动态模拟消化增加了用于模拟胃肠蠕动的机械装置后，动态消化模型能够更加准确地模拟体内消化过程。动态模拟消化的优点是能够模拟胃肠道消化过程中的物理变化过程，例如通过动态模型可以观察消化物在消化过程中不同时间下的黏度、破碎粒度等物理形态，也可以观察胶体的产生、扩散等，以检测不同消化阶段的营养成分变化。

3、目前，由荷兰瓦赫宁根大学的minekus和havenaar研制的动态多室模型tim系统是较为先进准确的，是一种用于药物动态测试的多单元的计算机控制的体外消化模拟系统。该系统分为两部分，胃、小肠模拟器（tim-1）和大肠模拟器（tim-2）。但该系统仍存在诸多不足，例如在食物的消化上无法模拟人体胃蠕动消化的效果；其次以传动系统为例，其采用一个超级巨大的电机作为动力输出，装置内部对电机的动力输出进行了四个方向的分散，动力分散系统硕大无比，结构复杂。被分散的动力由橡胶皮带进行传输，橡胶皮带作为高分子材料随着使用时间延长容易老化。tim系统价格比较昂贵，整个系统的操作以及清洁都及其复杂。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本实用新型公开了一种人体上消化道体外模拟系统，结构简单、使用寿命更长。

2、为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种人体上消化道体外模拟系统，包括依次连通的食道模型组件、仿生胃组件和十二指肠模型组件，所述仿生胃组件包括仿生胃、胃托、幽门夹和胃蠕动装置，所述仿生胃置于胃托上，所述胃蠕动装置包括动力组件和蠕动组件，蠕动组件包括两个分别位于仿生胃前后两侧的导向轮、第一张力传感器和用于上下调节导向轮位置的电动轴，电动轴的下端与动力组件连接，两个导向轮分别与一位于电动轴上端的u 型连接件的内侧连接，所述第一张力传感器位于u型连接件的下方，用于接收导向轮对仿生胃施加的压力，动力组件带动通过电动轴带动导向轮移动，所述幽门夹夹设于幽门处；所述动力组件包括伺服电机和一体化滑台模组，电动轴与一体化滑台模组连接，伺服电机与一体化滑台模组电性控制连接，第一张力传感器与伺服电机电性控制连接。

4、进一步的，所述胃托包括胃托支架和托板，所述胃托支架的下端固定于动力组件壳体的上端台面上，所述托板置于胃托支架上，仿生胃置于托板上。

5、进一步的，所述幽门夹包括呈倒u型的幽门上夹板、滑动轴、幽门下夹板和电机，所述幽门上夹板位于滑动轴的上部，两者通过螺纹连接，所述幽门下夹板位于滑动轴的下部，幽门下夹板与一伺服电机的输出轴连接；在滑动轴的下部设有第二张力传感器，所述第二张力传感器位于幽门下夹板的下方，用于接收伺服电机对幽门下夹板的推动力，第二张力传感器与和幽门下夹板连接的伺服电机电性控制连接，滑动轴的下端固定于动力组件壳体的上端台面上。

6、进一步的，所述系统还包括后板，所述食道模型组件、仿生胃组件和十二指肠组件自上而下依次固定在后板上。

7、进一步的，所述食道模型组件包括食道连接管、食道模型、食道夹和固定组件，所述食道夹夹设在食道模型上，所述固定组件包括食道下托板和固定支架，所述食道下托板与后板平行紧贴设置，且与后板连接，所述固定支架设于食道下托板上端面上，固定支架包括垂直于食道下托板上端面的竖杆和两个与竖杆上端垂直设置连接的固定支架横向板，两个固定支架横向板位于食道下托板的正上方，两个固定支架横向板间隔设置，食道模型的下端自上而下依次穿设两个固定支架横向板后与食道下托板固定连接；所述食道连接管位于上方的固定支架横向板的上端面上，与食道模型连通，所述食道夹位于下方的固定支架横向板的上端面上，用于控制进料。

8、进一步的，所述十二指肠组件包括十二指肠连接管、十二指肠模型、十二指肠夹紧装置、十二指肠下托板，所述十二指肠连接管与十二指肠模型的上端连接，所述十二指肠下托板与后板平行紧贴设置连接，十二指肠模型的上端和下端均与十二指肠下托板连接；所述十二指肠夹紧装置固定于十二指肠下托板上，位于十二指肠模型的中下部，用于控制出料。

9、进一步的，所述十二支撑组件还包括十二指肠挤压装置，所述十二指肠挤压装置包括分别位于十二指肠两侧第一压板和第二压板，所述第一压板和第二压板远离十二指肠的一侧均与一电机电性连接，第一压板和第二压板分别在各自电机构的驱动下相向运动。

10、进一步的，在所述第一压板的前后两侧面上自上而下间隔对称设有两组嵌条，在所述第二压板的前后侧面上自上而下间隔对称设有三组嵌条，当第一压板和第二压板相向移动时，第一压板上的两组嵌条分别嵌插入第二压板上相邻两组嵌条之间。

11、进一步的，所述食道模型、仿生胃和十二指肠模型均为硅胶模型，彼此间可拆卸固定连接，其与真实人食管、胃和十二指肠的大小比例为1:1。

12、本实用新型的人体上消化道体外模拟系统，通过设置模拟人体蠕动消化的装置，第一张力传感器接收导向轮施加在仿生胃上的力量大小，并将该力量信号传递至伺服电机的cpu，cpu控制伺服电机的施加在导向轮上的力度大小，便于调整人工胃消化的蠕动力，在人体体外消化上更近似于蠕动效果；第二张力传感器接收伺服电机施加在幽门下夹板上的推动力，并将该力量信号传递至与幽门下夹板连接的伺服电机的cpu，实现控制该伺服电机旋施加在幽门下夹板上的力度大小技术目的。

技术特征：

1.一种人体上消化道体外模拟系统，包括依次连通的食道模型组件、仿生胃组件和十二指肠模型组件，其特征在于，所述仿生胃组件包括仿生胃、胃托、幽门夹和胃蠕动装置，所述仿生胃置于胃托上，所述胃蠕动装置包括动力组件和蠕动组件，蠕动组件包括两个分别位于仿生胃前后两侧的导向轮、第一张力传感器和用于上下调节导向轮位置的电动轴，电动轴的下端与动力组件连接，两个导向轮分别与一位于电动轴上端的u 型连接件的内侧连接，所述第一张力传感器位于u型连接件的下方，用于接收导向轮对仿生胃施加的压力，动力组件带动通过电动轴带动导向轮移动，所述幽门夹夹设于幽门处；所述动力组件包括伺服电机和一体化滑台模组，电动轴与一体化滑台模组连接，伺服电机与一体化滑台模组电性控制连接，第一张力传感器与伺服电机电性控制连接。

2.根据权利要求1所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，所述胃托包括胃托支架和托板，所述胃托支架的下端固定于动力组件壳体的上端台面上，所述托板置于胃托支架上，仿生胃置于托板上。

3.根据权利要求2所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，所述幽门夹包括呈倒u型的幽门上夹板、滑动轴、幽门下夹板和电机，所述幽门上夹板位于滑动轴的上部，两者通过螺纹连接，所述幽门下夹板位于滑动轴的下部，幽门下夹板与一伺服电机的输出轴连接；在滑动轴的下部设有第二张力传感器，所述第二张力传感器位于幽门下夹板的下方，伺服电机对幽门下夹板的推动力，第二张力传感器与和幽门下夹板连接的伺服电机电性控制连接，滑动轴的下端固定于动力组件壳体的上端台面上。

4.根据权利要求3所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，所述系统还包括后板，所述食道模型组件、仿生胃组件和十二指肠组件自上而下依次固定在后板上。

5.根据权利要求4所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，所述食道模型组件包括食道连接管、食道模型、食道夹和固定组件，所述食道夹夹设在食道模型上，所述固定组件包括食道下托板和固定支架，所述食道下托板与后板平行紧贴设置，且与后板连接，所述固定支架设于食道下托板上端面上，固定支架包括垂直于食道下托板上端面的竖杆和两个与竖杆上端垂直设置连接的固定支架横向板，两个固定支架横向板位于食道下托板的正上方，两个固定支架横向板间隔设置，食道模型的下端自上而下依次穿设两个固定支架横向板后与食道下托板固定连接；所述食道连接管位于上方的固定支架横向板的上端面上，与食道模型连通，所述食道夹位于下方的固定支架横向板的上端面上，用于控制进料。

6.根据权利要求4所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，所述十二指肠组件包括十二指肠连接管、十二指肠模型、十二指肠夹紧装置、十二指肠下托板，所述十二指肠连接管与十二指肠模型的上端连接，所述十二指肠下托板与后板平行紧贴设置连接，十二指肠模型的上端和下端均与十二指肠下托板连接；所述十二指肠夹紧装置固定于十二指肠下托板上，位于十二指肠模型的中下部，用于控制出料。

7.根据权利要求6所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，所述十二指肠组件还包括十二指肠挤压装置，所述十二指肠挤压装置包括分别位于十二指肠两侧第一压板和第二压板，所述第一压板和第二压板远离十二指肠的一侧均与一电机电性连接，第一压板和第二压板分别在各自电机构的驱动下相向运动。

8.根据权利要求7所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，在所述第一压板的前后两侧面上自上而下间隔对称设有两组嵌条，在所述第二压板的前后侧面上自上而下间隔对称设有三组嵌条，当第一压板和第二压板相向移动时，第一压板上的两组嵌条分别嵌插入第二压板上相邻两组嵌条之间。

9.根据权利要求8所述的一种人体上消化道体外模拟系统，其特征在于，所述食道模型、仿生胃和十二指肠模型均为硅胶模型，彼此间可拆卸固定连接，其与真实人食管、胃和十二指肠的大小比例为1:1。

技术总结
本技术提供了一种人体上消化道体外模拟系统，包括依次连通的食道模型组件、仿生胃组件和十二指肠模型组件，仿生胃组件包括仿生胃、胃托、幽门夹和胃蠕动装置，胃蠕动装置包括动力组件和蠕动组件，蠕动组件包括两个分别位于仿生胃前后两侧的导向轮、第一张力传感器和电动轴，电动轴的下端与动力组件连接，两个导向轮分别与一位于电动轴上端的U型连接件的内侧连接，第一张力传感器位于U型连接件的下方；动力组件包括电机和一体化滑台模组，电动轴与一体化滑台模组连接，电机与一体化滑台模组电性控制连接。本技术的人体上消化道体外模拟系统，便于调整人工胃消化的蠕动力，在人体体外消化上更近似于蠕动效果。

技术研发人员：江凌,李森桥,周春鸣,王玉先,朱丽英
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：20230314
技术公布日：2024/1/15